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超燃冲压发动机流场一维平均方法研究

推进技术 2014年第7期35卷 865-873页

作者：张旭姜军林言中陈兵徐旭北京航空航天大学宇航学院北京100191 中国燃气涡轮研究院四川成都610500

介绍了多种平均方法,包括常用的流量或面积加权平均方法,以及CMME(流量/动量/能量守恒)方法和CMES(动量/能量/熵守恒)方法。以超燃冲压发动机进气道-燃烧室构型为对象,研究了不同平均方法得到的等效一维结果差异,以及不同平均方法的入... 详细信息

介绍了多种平均方法,包括常用的流量或面积加权平均方法,以及CMME(流量/动量/能量守恒)方法和CMES(动量/能量/熵守恒)方法。以超燃冲压发动机进气道-燃烧室构型为对象,研究了不同平均方法得到的等效一维结果差异,以及不同平均方法的入口参数对超燃燃烧室一维计算结果的影响。结果表明:在超燃燃烧室多维热态仿真数据分析时,推荐使用通量守恒方法;CMES方法能准确的保留总压信息,CMME方法得到的总压损失会大于实际,在处理总压恢复性能时,CMES方法更优;亚燃模态时,CMME方法和CMES方法均不能反映隔离段激波串的渐变压缩;超燃模态时,CMES方法能较好地保持动量的近似守恒,在亚燃模态则较差;不同平均方法得到燃烧室入口参数的一维计算结果与三维流场等效一维沿程静压分布均存在一定偏差,Case1流量加权平均解误差高达27.8%,通量守恒解误差仅约13%,Case2流量加权平均解误差为14.9%,通量守恒解误差仅约5%,说明CMME方法与CMES方法符合程度更高,推力计算结果更为可信。

关键词：超燃冲压发动机一维平均方法面积加权平均流量加权平均流量/动量/能量守恒方法动量/能量/熵守恒方法

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超燃冲压发动机壁面热量的利用潜力分析

推进技术 2017年第2期38卷 275-280页

作者：李新春王中伟国防科学技术大学高超声速冲压发动机技术重点实验室湖南长沙410073

在高马赫数飞行下,用燃料冷却超燃冲压发动机壁面的冷却需求量大于发动机燃烧量。为了降低燃料的冷却量以及实现燃料冷却量和燃烧量的匹配,采用可用能分析法对超燃冲压发动机壁面热量的利用潜力进行分析。发动机壁面热量特性及燃料的冷... 详细信息

在高马赫数飞行下,用燃料冷却超燃冲压发动机壁面的冷却需求量大于发动机燃烧量。为了降低燃料的冷却量以及实现燃料冷却量和燃烧量的匹配,采用可用能分析法对超燃冲压发动机壁面热量的利用潜力进行分析。发动机壁面热量特性及燃料的冷却特性决定可用能大小。根据发动机壁面温度分布、热流密度分布及燃料的冷却过程温度分布计算可用能。该方法得出:在壁面最高温度为1200K时,传入壁面的热量为554.4k W,其中理论可用能为331.6k W。没有利用其热量实现热量转换时需要的燃料冷却流量为0.616kg/s,最大限度利用热量实现能量转换输出可用功时只需要燃料冷却流量为0.2476kg/s,降低了燃料的冷却需求量。

关键词：超燃冲压发动机热平衡可用能利用潜力燃料

超燃冲压发动机尾喷管非均匀进口的冷流试验与数值模拟

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航空学报 2013年第10期34卷 2308-2315页

作者：全志斌徐惊雷李斌李欣莫建伟南京航空航天大学能源与动力学院江苏南京210016 中国航天科工集团三十一研究所北京100074

超燃冲压发动机尾喷管与燃烧室直接相连,由于没有几何喉道和收缩段的整流作用,实际尾喷管的进口气流是非均匀的。为了研究非均匀进口对超燃冲压发动机尾喷管性能的影响,以非均匀马赫数分布为目标,设计了非均匀出口风洞,并进行了风洞出... 详细信息

超燃冲压发动机尾喷管与燃烧室直接相连,由于没有几何喉道和收缩段的整流作用,实际尾喷管的进口气流是非均匀的。为了研究非均匀进口对超燃冲压发动机尾喷管性能的影响,以非均匀马赫数分布为目标,设计了非均匀出口风洞,并进行了风洞出口流场校核试验,试验校核得到的马赫数与目标值的最大偏差只有1.95%。在此基础上,进行了非均匀进口对超燃冲压发动机尾喷管气动性能影响的数值模拟研究,并进行了相应的风洞试验,试验与数值模拟结果吻合良好,验证了数值模拟结果的准确性。研究结果表明,非均匀进口会造成尾喷管推力下降2.92%～5.02%、负升力增加可达17.2%、俯仰力矩减小4.2%～6.7%。

关键词：超燃冲压发动机单边膨胀喷管气动性能数值模拟风洞试验

超燃冲压发动机等截面隔离段流动特性的LBM模拟

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航空动力学报 2013年第3期28卷 681-687页

作者：冯永昌李会雄贺宏西安交通大学能源与动力工程学院动力工程多相流国家重点实验室西安710049 中国航天科技集团公司第六研究院第165所西安710100

为了探寻研究超燃冲压发动机隔离段内复杂流动的新方法,采用耦合的双分布函数格子-Boltz-mann方法(LBM)对不同条件下隔离段内的流动进行了研究,分析了出口反压、进口马赫数、进口附面层厚度对隔离段流动特性的影响.结果表明:随着出口反... 详细信息

为了探寻研究超燃冲压发动机隔离段内复杂流动的新方法,采用耦合的双分布函数格子-Boltz-mann方法(LBM)对不同条件下隔离段内的流动进行了研究,分析了出口反压、进口马赫数、进口附面层厚度对隔离段流动特性的影响.结果表明:随着出口反压、进口附面层厚度的增加,以及进口马赫数的减小,可使激波串起始位置前移.结果说明耦合的双分布函数LBM有望成为研究超燃冲压发动机内复杂流场的一种有效的数值模拟手段.

关键词： LBM(lattice-Boltzmann method) 双分布函数超燃冲压发动机隔离段数值模拟

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超燃冲压发动机性能的准二维计算方法

推进技术 2013年第4期34卷 457-462页

作者：任鑫罗春钦董建明郭雪莲马雪松中国航天科工集团三十一研究所高超声速冲压发动机技术重点实验室北京100074

为了能在双模态超燃冲压发动机流道方案初步论证中提供一种较快速的发动机性能计算方法,在二维N-S方程基础上,引入一维完全燃烧计算方法,提出了预估超燃冲压发动机性能的准二维计算方法。该方法能够计入激波、边界层分离等对发动机性能... 详细信息

为了能在双模态超燃冲压发动机流道方案初步论证中提供一种较快速的发动机性能计算方法,在二维N-S方程基础上,引入一维完全燃烧计算方法,提出了预估超燃冲压发动机性能的准二维计算方法。该方法能够计入激波、边界层分离等对发动机性能的影响,可在较短时间计算出整机推力、比冲性能和沿程热力学参数。通过对自由射流发动机计算,验证了此方法。并在此基础上,初步分析了燃料喷注位置和流道构型对发动机性能的影响。

关键词：超燃冲压发动机性能预估数值模拟

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超燃冲压发动机准一维建模研究

固体火箭技术 2015年第2期38卷 192-197页

作者：张栋唐硕祝强军西北工业大学航天学院西安710072 上海航天技术研究院805所上海201108

在准一维流理论的基础上,考虑了燃料流量、截面变化、壁面摩擦、燃烧效率、化学反应放热等因素,应用影响系数法,构建了包括前体/进气道、隔离段、燃烧室、后体/尾喷管的超燃冲压发动机内流场准一维分析模型,可快速计算发动机参数沿轴向... 详细信息

在准一维流理论的基础上,考虑了燃料流量、截面变化、壁面摩擦、燃烧效率、化学反应放热等因素,应用影响系数法,构建了包括前体/进气道、隔离段、燃烧室、后体/尾喷管的超燃冲压发动机内流场准一维分析模型,可快速计算发动机参数沿轴向的变化以及出口值,便于发动机性能分析;以一个机体/推进一体化单模块飞行器为研究对象,通过与三维CFD数值模型进行对比。结果表明,准一维计算模型能较好地对超燃冲压发动机进行快速计算与分析,在超燃冲压发动机的初步研究阶段具有重要的应用价值。

关键词：吸气式高超声速飞行器超燃冲压发动机准一维模型影响系数法

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超燃冲压发动机燃烧室的准一维计算与分析

推进技术 2020年第3期41卷 623-631页

作者：尤厚丰张兵李德宝合肥工业大学汽车与交通工程学院安徽合肥230009 合肥工业大学机械工程学院安徽合肥230009

在考虑有限速率化学反应的准一维Euler方程基础上,通过增加截面面积变化、壁面摩擦和添质的源项,发展了适用于超燃燃烧室性能分析的准一维计算方法。依次以中国空气动力研究与发展中心(CARDC)和日本国家航空与航天实验室(NAL)的氢燃料... 详细信息

在考虑有限速率化学反应的准一维Euler方程基础上,通过增加截面面积变化、壁面摩擦和添质的源项,发展了适用于超燃燃烧室性能分析的准一维计算方法。依次以中国空气动力研究与发展中心(CARDC)和日本国家航空与航天实验室(NAL)的氢燃料燃烧室模型作为验证算例,分别采用传统的一步反应模型和发展的有限速率反应模型,模拟了燃烧室流场,并基于NAL燃烧室,计算分析了不同当量比和进口压强对燃烧室流动特性的影响。结果表明:两种方法都能得到与实验数据吻合良好的结果;和一步反应模型相比,有限速率反应模型不仅可以更细致地捕捉流场细节,而且能够初步分析化学非平衡效应的影响;对于NAL燃烧室,当量比≥0.6时,压强随当量比的升高而增大,当达到1.0时,反压已推进隔离段,且推进速度随当量比增大而增加;进口压强不大于110.444kPa时,反压随进口压强增大而升高,且当反压不小于82.833kPa时,反压被隔离在等直段燃烧室入口处;过小的当量比和过大的进口压强均会导致燃烧室出口马赫数严重下降,甚至出现亚声速出流状态。

关键词：准一维Euler方程有限速率化学反应一步反应超燃冲压发动机燃烧室

超燃冲压发动机燃烧室碳氢燃料的点火和火焰稳定研究(英文)

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固体火箭技术 2008年第5期31卷 449-452页

作者：王靛宋文艳李建平蔡元虎西北工业大学动力与能源学院西安710072

在氢氧加热脉冲风洞上,对超音速燃烧室在进口2Ma、总温960-1 420 K条件下的碳氢燃料的点火和火焰稳定进行了实验研究。在直连式超音速燃烧室实验中,通过采用火花塞＋氢先锋火焰、火花塞＋乙烯先锋火焰的方法实现了煤油燃料的点火和火焰... 详细信息

在氢氧加热脉冲风洞上,对超音速燃烧室在进口2Ma、总温960-1 420 K条件下的碳氢燃料的点火和火焰稳定进行了实验研究。在直连式超音速燃烧室实验中,通过采用火花塞＋氢先锋火焰、火花塞＋乙烯先锋火焰的方法实现了煤油燃料的点火和火焰稳定。研究结果显示,当采用氢作为先锋火焰时,利用火花塞能够在燃烧室进口总温960 K条件下实现煤油的点火和火焰稳定;当采用乙烯作为先锋火焰时,利用火花塞,实现没有点火和火焰稳定的最低温度为1 420 K。

关键词：超燃冲压发动机点火超音速燃烧碳氢燃料

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超燃冲压发动机支板热环境及热防护方案

航空动力学报 2006年第2期21卷 336-341页

作者：孙冰郑力铭北京航空航天大学宇航学院北京100083

在超燃冲压发动机工作过程中,支板前缘的热环境非常恶劣。本文研究了超燃冲压发动机支板前缘的热环境,得到了热载荷分布。提出了支板前缘金属结构再生冷却方案、耐烧蚀材料热防护方案和气体喷射热防护方案,并对这三种方案的热防护效果... 详细信息

在超燃冲压发动机工作过程中,支板前缘的热环境非常恶劣。本文研究了超燃冲压发动机支板前缘的热环境,得到了热载荷分布。提出了支板前缘金属结构再生冷却方案、耐烧蚀材料热防护方案和气体喷射热防护方案,并对这三种方案的热防护效果进行了数值模拟。数值模拟的结果表明,金属结构再生冷却方案无法对支板进行有效的热防护;耐烧蚀材料方案可以在飞行马赫数8以下起到很好的热防护效果;而当马赫数大于8时,则只有气体喷射方案可以实现有效的热防护。

关键词：航空航天推进系统超燃冲压发动机热环境热防护